Актуальность исследования заключается в развитии интеллектуальных систем электроснабжения (ИСЭ), что подразумевает совершенствование существующих, внедрение и совершенствование современных защит, систем диагностики, мониторинга элементов высоковольтного электрооборудования (ВЭ).

Цель. Рассмотреть современные, а также пути развития и возможности интеграции систем защиты и диагностики кабельно-воздушных линий (КВЛ) ИСЭ.

Методы. При решении поставленной задачи был проведен сравнительный анализ причин, которые приводят к срабатыванию защит КВЛ ИСЭ, недостатки защит и возможные пути их совершенствования. Были проанализированы современное состояние защит, диагностики, мониторинга КВЛ ИСЭ и пути их развития. В том числе рассмотрены перспективные методы диагностики изоляции, муфтовых соединений кабельных линий (КЛ) по характеристикам частичных разрядов (ЧР), скруток воздушных линий (ВЛ) по данным тепловизионного обследования.

Результаты. В статье был проведен обзор существующих защит и систем диагностики элементов КВЛ ИСЭ высокого и среднего классов напряжения. Рассмотрены актуальные вопросы развития защит ИСЭ в том числе распределенной генерации в состав которых входят генераторы возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ) для того, чтобы обеспечить бесперебойную поставку электроэнергии потребителям в системах распределенной генерации. Рассмотрены актуальные вопросы развития современных методов диагностики КВЛ до уровня систем мониторинга в том числе с применением методов тепловизионного обследования, диэлектрической импедансной спектроскопии (ИС), метода ЧР.

Заключение. Развитие ИСЭ будет актуальной задачей еще длительное время. Наиболее перспективными защитами ИСЭ будут адаптивные защиты с применением искусственных нейронных сетей (ИНС), в которые будут интегриро ваны наиболее современные математические алгоритмы и методы диагностики, в первую очередь технологии «умных сетей» (Smart Grids), технология микросетей (Microgrids), метод независимых компонент (МНК), ЧР, тепловизионного обследования, электрической импедансной спектроскопии (ИС), диэлектрической спектроскопии (ДС).

Цель. Снижение упругих колебаний в ферме моста за счет введение в систему управления приводами перемещения моста блока синхронизации движения опор моста, на базе нечеткой логики, в функции которого также входит устранение перекоса моста возникающего вследствие перемещения тележкой вдоль моста груза на гибком подвесе.

Методы. Поставленные в исследовании задачи достигнуты за счет использования математического моделирования в среде Matlab Simulink и практических исследований.

Результаты. Использование блоков коррекции, в том числе и на базе нечеткой логики привело к устранению перекоса моста, сведению его практически до нулевого значения, уменьшению амплитуды упругих колебаний в ферме моста до 45 процентов.

Заключение. Использование систем управления с блоками коррекции, в том числе и на базе нечеткой логики позволяет устранить рассинхронизацию скоростей перемещения опор моста мостового крана, что снижает нагрузку на металлоконструкцию крана, уменьшает истирание реборд колес и крановых путей, повышает надежность крана.

Актуальность. Распределительные электрические сети обладают наибольшей протяженностью в энергосистеме России, при этом самым распространённым типом повреждения в них является однофазное замыкание на землю. Селективное выявление повреждённой кабельной линии поможет избежать перетекания однофазного замыкания на землю в двухфазное и трёхфазное, что повысит надёжность электроснабжения потребителей.

Цель. Многопараметрический способ защиты от однофазных замыканий на землю использует несколько параметров электрических величин для определения режима сети, что позволяет сделать защиту селективной и более чувствительной. Разные параметры электрических величин могут представлять различную ценность для задачи распознавания режима. Целью исследования является изучение параметров токов и напряжений, которые могут быть использованы для релейной защиты от однофазных замыканий на землю, а также анализ возможности распознавания режима сети по различным информационным параметрам.

Методы. Для получения статистики о возможных режимах использовалось имитационное моделирование кабельной сети 10 кВ в программном комплексе Matlab в пакете расширения Simulink. Полученные в результате моделирования значения токов и напряжений нулевой последовательности обрабатывались с применением дискретного преобразования Фурье с целью фильтрации гармоник и получения их квадратурных составляющих.

Результаты. Предложены упрощенные структурно-функциональные схемы пусковых органов защиты от однофазных замыканий на землю. Установлено, что зависимости параметров электрических величин на графиках отображают области, различные для внутренних и внешних установившихся однофазных замыканиях на землю и дуговых перемежающихся однофазных замыканиях на землю. Дополнительно выявлено, что области существования различных режимов имеют взаимные пересечения.

Выводы. Результаты исследования могут быть использованы для реализации многопараметрической защиты в распределительных сетях 6–35 кВ.

Разработка способа и алгоритма защиты сельских электрических сетей 0,4 кВ от коротких замыканий с использованием устройства секционирования

Актуальность. Сельские электрические сети 0,4 кВ характеризуются низкой защищённостью от токов аварийных режимов, особенно удалённого однофазного короткого замыкания, имеющих значения, сопоставимые с токами нагрузки. Защитные аппараты в начале линии электропередачи не срабатывают на эти токи. Повышение защищённости линии электропередачи от указанных режимов можно обеспечить за счёт использования устройств сетевого секционирования, устанавливаемых в рассечку линии. В том числе это устройства для секционирования линий с отпайками – мультиконтактные коммутационные системы. Значения токов и напряжений в точке установки секционирующих устройств отличаются от токов и напряжений в начале линии в разных режимах. Также имеют особенности и значения токов и напряжений при аварийных режимах в отпайки и продолжении магистрали линии. Это позволяет создавать новые, более достоверные способы и алгоритмы защиты электрической сети 0,4 кВ от аварийных режимов, выявления участков, на которых они произошли.

Цель. Разработка способа защиты сельских электрических сетей 0,4 кВ от коротких замыканий с использованием устройства секционирования и алгоритма его реализации.

Методы исследования. В ходе разработки способа защиты сельских электрических сетей 0,4 кВ от коротких замыканий и алгоритма его реализации использовались результаты компьютерного моделирования аварийных режимов работы сельской электрической сети 0,4 кВ. Полученные при моделировании зависимости легли в основу разработки способа. Способ позволяет выявлять вид короткого замыкания и участок линии, на котором оно произошло. При разработке алгоритма защиты сельских электрических сетей 0,4 кВ от коротких замыканий использовались положения ГОСТ 19.701-90 «Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Обозначения условные и правила выполнения».

Результаты. Разработан способ защиты линии электропередачи 0,4 кВ с отпайками от коротких замыканий, выявления вида короткого замыкания и участка линии, на котором оно произошло. Разработан алгоритм реализации указанного способа.

Заключение. Полученные результаты будут использоваться при разработке технических средств секционирования сельских электрических сетей 0,4 кВ и обосновании уставок их срабатывания.

Актуальность. Повышение эффективности поддержки принятия решений по безаварийной эксплуатации ответственного электрооборудования требует совершенствования методов и алгоритмов обнаружения неисправностей, что, несомненно, является актуальной задачей.

Цель. Разработать эффективную и надёжную процедуру для целостного анализа, оценки и прогнозирования возможных неисправностей в маслонаполненном трансформаторном оборудовании, как в одном из критически важных активов энергопредприятия.

Методы. При решении задач применяется метод анализа растворенных в масле газов (АРГ) как наиболее информативный с точки зрения оперативной оценки технического состояния трансформатора и обнаружения признаков его отклонений от нормы, а также усовершенствованный метод построения и анализа дерева событий (ДС), который сочетает традиционную структуру причинно-следственных связей с компонентами расчета индекса технического состояния оборудования.

Результаты. Усовершенствование метода анализа дерева событий касается введения количественной меры важности причинно-следственных связей на каждом из иерархических уровней с определением вероятностей исходов каждого из инициирующих событий по заданной вероятности корневого события. Роль количественной меры выполняет система весовых коэффициентов, полученных с применением матриц парных сравнений Саати для каждого из уровней ДС. Сформирована логико-вероятностная модель ДС, позволяющая не только фиксировать взаимосвязи между событиями и последовательность их возникновения, но также ранжировать их по степени влияния на конечный нежелательный исход. Выполнены расчеты, подтверждающие эффективность предложенного подхода.

Заключение. Получена логико-вероятностная модель ДС, обеспечивающая наряду с АРГ целостный анализ, оценку и прогнозирование возможных неисправностей маслонаполненного трансформаторного оборудования. Разработана эффективная процедура построения и анализа ДС с применением экспертных оценок и компонентов расчета индекса технического состояния оборудования. Продемонстрирована возможность эффективного применения разработанной модели на примере анализа причин монотонного превышения граничных концентраций оксида и диоксида углерода, растворенных в масле исследуемых трансформаторов.

Актуальность. Немотивированные отключения воздушных линий электропередачи (ВЛ) обычно связаны с перекрытиями линейной изоляции вследствие загрязнения и увлажнения. Достаточно надежными индикаторами опасных уровней загрязнения являются частичные разряды на поверхности изоляции (ПЧР), которые можно обнаружить различными способами. Для профилактического контроля характеристик ПЧР более привлекательны дистанционные неинвазивные методы, основанные на регистрации акустических и электромагнитных сигналов различных частотных диапазонов, а также оптических излучений в инфракрасной (ИК) и ультрафиолетовой (УФ) частях спектра. Для реализации УФ-контроля перспективными считаются дневные УФ-дефектоскопы, известные также под другими названиями: УФ- камеры, УФ-визуализаторы, УФ-пеленгаторы и др. Они регистрируют излучение короны и ПЧР в диапазоне 240-280 нм и могут использоваться в дневное время суток, благодаря светофильтрам, отрезающим солнечное излучение. Однако четких зависимостей характеристик регистрируемых разрядных процессов с степенью загрязнения изоляции и ее влагоразрядными характеристиками до сих пор не получено даже в лабораторных исследованиях. Безусловно определяющую роль в этом играет сложность процессов, но свой вклад вносит и недостаточное знание свойств применяемой аппаратуры и влияния внешних факторов на результаты УФК.

Цель. Провести исследования передаточных характеристик УФ-дефектоскопов нескольких типов, а также оценить влияние среды распространения на результаты УФК. По результатам исследований сформулировать соответствующие ограничения на диапазон настроек аппаратуры и на условия проведения УФК в полевых условиях.

Методы. Для решения поставленных задач применялись экспериментальные методы исследования как в лабораторных условиях, так и в процессе УФК реальных объектов.

Результаты. Экспериментально установлены зависимости между показаниями счетчика фотонов и площади УФ-излучения от вводимого коэффициента усиления УФ-дефектоскопов. Выявлен двоякий характер влияния паров воды и частиц пыли на результат регистрации интенсивности разрядов. Практическое применение полученных результатов при ультрафиолетовом контроле изоляции дает возможность усовершенствовать процесс диагностики, тем самым увеличивая безотказность работы электротехнических устройств.

Актуальность. Исследования заключается в разработке методики настройки фильтра Калмана для задач автоматического управления режимом работы синхронного генератора при отсутствии возможности прямого измерения всех необходимых для этого величин, что позволяет синтезировать оптимальные и адаптивные регуляторы.

Цель. Определить подход к настройке фильтра Калмана для задач управления режимом синхронного генератора. Определить качество фильтрации выходных параметров и оценки неизмеряемых режимных параметров в условиях возмущающих воздействий на входе и шума в измерительных каналах.

Методы. При решении поставленной цели применялись методы математического моделирования, реализованные средствами MatLab/Simulink. Использовались методы математической статистики и оптимизации.

Результаты. В статье описан метод настройки фильтра Калмана, который позволяет определить вектор переменных состояния без линеаризации модели синхронного генератора. Проведено исследование влияния компонентов матриц спектральных плотностей Q и R на качество фильтрации и оценки состояния режимных параметров на примере угла поворота ротора и скорости вращения. Для исследования была создана цифровая модель с синхронным генератором из стандартной библиотеки MatLab/Simulink и с генератором в пространстве состояний.

Заключение. Установлено, что, изменяя компоненты матриц Q и R фильтра, можно влиять на скорость схождения оцененных параметров к истинным значениям. Если компоненты этих матриц равны мощности спектральных плотностей возмущающих воздействий и шумов в измерительных каналах, то ошибка оценивания будет стремиться к нулю. По результатам экспериментов было установлено, что такой же результат достигается, если компоненты матриц Q и R не равны мощностям спектральных плотностей возмущений и помех, но при этом между компонентами матриц Q и R должна сохраняться таже пропорция, что и при их формировании вышеупомянутым способом.

Актуальность. Исследования комбинирования АЭС с водородным комплексом обосновывается необходимостью адаптации атомных станций к переменному энергопотреблению в течении суток в условиях их привлечения к регулированию неравномерности суточных графиков электрической нагрузки при сохранении базисной нагрузки.

Цель. Оценка термодинамической эффективности комбинирования АЭС с водородным комплексом для покрытия пиковой нагрузки в энергосистеме с учетом особенностей процесса электролиза воды под высоким давлением.

Методы. На основе мирового опыта проанализирован механизм перекрестного проникновения водорода и кислорода, а также решения, направленные на предотвращение этого явления. Оценка термодинамической эффективности комбинирования АЭС с водородным комплексом выполнялась на основе математико-термодинамической модели развернутой тепловой схемы ПТУ АЭС с использованием формуляций IAPWS-IF97.

Результаты. На основе обобщенного анализа авторами установлена и объяснена закономерность снижения КПД электролиза с ростом давления из-за явления перекрестного проникновения. Разработаны комплексные номограммы закономерности влияния рабочего давления на основные характеристики электролиза, в частности, КПД, удельный расход электроэнергии на производство водорода, рабочее напряжение на ячейке. Получено, что водородный комплекс на основе электролиза высокого давления оказывается эффективнее системы с использованием компрессоров по критериям преобразованию провальной мощности в пиковую и КПД АЭС.

Выводы. Авторами разработан и запатентован новый принцип комбинирования АЭС с водородным комплексом на основе электролиза воды высокого давления и показана его эффективность в условиях влияния перекрестного проникновения водорода и кислорода в сравнении с системой при использовании компрессорных машин в составе водородного комплекса.

Актуальность. Исследования заключается в разработке опытно- промышленного образца антинакипного устройства, использующего принцип ультразвуковой технологии предотвращения образования накипи, основанном на комплексном физическом воздействии механических колебаний на жидкость и поверхность труб, путем наложения на колебания ультразвуковой частоты звуковых колебаний высокой интенсивности.

Цель. Экспериментально оценить эффективность комплексного способа ультразвукового удаления отложений накипи с внутренних стенок теплообменных труб. Рассмотреть возможность увеличения срока службы теплообменных котлов за счёт повышения качества удаления отложений накипи с поверхностей теплообменных труб с помощью ультразвуковых и звуковых колебаний.

Методы. Практические эксперименты и оценка эффективности комплексного способа ультразвукового удаления отложений накипи проводились на опытно-промышленном образце антинакипного устройства, смонтированном на паровом котле котельной.

Результаты. В статье описана актуальность темы, рассмотрены особенности разработанного антинакипного устройства и особенности его монтажа на элементах теплообменника котла. Рассмотрена экспериментальная оценка эффективности способа ультразвукового удаления отложений накипи с внутренних стенок теплообменных труб. Сделаны выводы об эффективности заявляемого способа.

Заключение. Разработанное опытно-промышленное антинакипное устройство использует комплексное воздействие механических колебаний на жидкость и поверхность труб, что повышает эффективность воздействия по предотвращению и удалению твердых отложений теплообменника. Положительный эффект очистки внутренних поверхностей теплообменника установлен экспериментально. Полученные результаты позволяют прогнозировать возможность увеличения срока службы теплообменных котлов.

Тепловая сеть, которая выработала свой ресурс, нуждается в реконструкции. На этапе составления технического задания возникает необходимость в определении наиболее выгодного с точки зрения капитальных и эксплуатационных затрат варианта прокладки тепловой сети. В статье предложена и рассмотрена методика сравнения эффективности вариантов реконструкции тепловой сети, которая учитывает затраты на строительство и транспортировку теплоносителя, тепловые потери и потери с утечками в окружающую среду. Суть методики заключается в выборе и определении нескольких, наиболее значимых видов затрат и потерь для каждого из рассматриваемых вариантов реконструкции тепловой сети и последующем сравнении и сопоставлении их относительных значений по вариантам. Методика сочетает в себе определение нормативной цены строительства по укрупненным нормативам с расчетом тепловых сетей с использованием возможностей программного обеспечения ZuluThermo и MS Excel. Рассмотрена и рассчитана распределительная тепловая сеть и возможные варианты ее реконструкции. Для каждого варианта проведены: конструкторский расчет для определения диаметров трубопроводов на участках и наладочный расчет для определения расчетных значений характеристик тепловой сети. Выполнено сравнение эффективности вариантов. Наиболее эффективным является вариант с бесканальной прокладкой трубопроводов в битумоперлитной изоляции с насосным смешением у потребителя, но по причине того, что теплотрасса проходит через промышленную зону, к прокладке рекомендован чуть менее эффективный вариант реконструкции с надземной прокладкой трубопроводов на низких опорах в пенополиуретановой изоляции с насосным смешением у потребителя.

Актуальность. Дата-центры (или ЦОД – центров обработки данных) – это специализированный объект, представляющий собой связанную систему ИТ-инфраструктуры, инженерной инфраструктуры, оборудование (серверного и сетевого) и части которых размещены в здании или помещении, подключенном к внешним сетям, как инженерным, так и телекоммуникационным. Из-за значительного тепловыделения данных систем возникла потребность в повышении эффективности систем охлаждения за счёт эффективной утилизации теплоты.

Цель. Расчет энергетического баланса типового дата-центра, проектируемого для эксплуатации в условиях центральной России.

Методы. Разработанная энергетическая модель дата-центра представляет собой математическое описание всех энергетических процессов в здании, включая процессы теплопередачи, влияние вентиляции и кондиционирования, работу освещения, электроприборов и другого оборудования, работу инженерных систем.

Результаты. Согласно результатам моделирования удельное потребление энергии составило 1353 кВт·ч/м², удельная годовая стоимость энергоресурсов – 8572,90 руб./м². Получены следующие ключевые результаты: потребляемая энергия модулями ЦОД – 38 399,53 МВт·ч/год; энергия, потребляемая IT оборудованием – 31 685,20 МВт·ч/год; PUE (представляет собой отношение общей потребляемой энергии ЦОД к энергии, непосредственно используемой IT-оборудованием) – 1,21.

Заключение. Получены данные о годовом потреблении энергии, стоимости потребленных энергоресурсов и количестве СО₂, выбрасываемого в атмосферу при выработке энергетических ресурсов. Разработана помесячная диаграмма потребление энергии по категориям (отопление, охлаждение, вентиляторы, утилизация тепла, насосы, внутреннее освещение, розеточное оборудование, серверы). В ходе дальнейших исследований планируется рассмотреть приоритетные схемы утилизации тепловой энергии дата-центра.